(57)【要約】【課題】固定部を構成するガラス基板と可動電極との貼り付きを防止する部材の損傷を抑制することを課題とする。【解決手段】外部から与えられた力に応じて可動する半導体で構成された可動電極５と、可動電極５に対向して固定配置された絶縁層２１を構成するガラス基板とを備えた静電容量式センサにおいて、ガラス基板に複数形成されて、可動電極５が可動してガラス基板に接触した際に可動電極５を支持する凸状の貼り付き防止部材２４を有し、貼り付き防止部材２４は、ガラス基板を選択的に除去してガラス基板に凹部を形成するブラスト加工と、ガラス基板に形成された凹部を選択的に除去して凸状の貼り付き防止部材を複数形成するウェットエッチング処理とにより形成されてなることを特徴とする。【選択図】図１
2010190703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から与えられた力に応じて可動する半導体可動部と、前記半導体可動部に対向して固定配置されたガラス基板とを備えた半導体物理量センサにおいて、
前記ガラス基板に複数形成されて、前記半導体可動部が可動して前記ガラス基板に接触した際に前記半導体可動部を支持する凸状の貼り付き防止部材を有し、
前記貼り付き防止部材は、前記ガラス基板を選択的に除去して前記ガラス基板に凹部を形成するブラスト加工と、前記ガラス基板に形成された凹部を選択的に除去して前記凸状の貼り付き防止部材を複数形成するウェットエッチング処理とにより形成されてなる
ことを特徴とする半導体物理量センサ。
【請求項２】
前記貼り付き防止部材は、島状に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体物理量センサ。
【請求項３】
前記貼り付き防止部材は、スリット状に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体物理量センサ。
【請求項４】
前記貼り付き防止部材は、クロス状に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体物理量センサ。
【請求項５】
前記貼り付き防止部材は、その表面に金属膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体物理量センサ。
【請求項６】
前記金属膜は、その表面に酸化膜が形成されやすい金属で構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、与えられた応力に応じて可動する可動部の変位に基づいて所定の物理量を検出する半導体物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、相対向している可動部と固定部が可動部の変位によって接触・離隔自在となる機構を備えたマイクロ部品において、固定部を構成するガラス系基材の表面に微細な凸部からなる吸着防止構造を直接作製する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７５９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のマイクロ部品では、固定部と可動部の（Ｚ方向の）貼り付き（スティクション）を防止する微細な凸部は、回動部であるシリコンの部分に形成されていたため、プロセス工程時に他の部位との衝突等により、本部位が損傷するおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可動部と固定部との貼り付きを防止し、かつ可動部ならびに貼り付き防止部材の損傷を抑制した半導体物理量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体物理量センサは、外部から与えられた力に応じて可動する半導体可動部と、半導体可動部に対向して固定配置されたガラス基板とを備えた半導体物理量センサにおいて、ガラス基板に複数形成されて、半導体可動部が可動してガラス基板に接触した際に前記半導体可動部を支持する凸状の貼り付き防止部材を有し、貼り付き防止部材は、ガラス基板を選択的に除去してガラス基板に凹部を形成するブラスト加工と、ガラス基板に形成された凹部を選択的に除去して凸状の貼り付き防止部材を複数形成するウェットエッチング処理とにより形成されてなることを第１の特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体物理量センサは、上記第１の特徴の半導体物理量センサにおいて、貼り付き防止部材は、島状に配置されていることを第２の特徴とする。
【０００８】
本発明に係る半導体物理量センサは、上記第１の特徴の半導体物理量センサにおいて、貼り付き防止部材は、スリット状に配置されていることを第３の特徴とする。
【０００９】
本発明に係る半導体物理量センサは、上記第１の特徴の半導体物理量センサにおいて、貼り付き防止部材は、クロス状に配置されていることを第４の特徴とする。
【００１０】
本発明に係る半導体物理量センサは、上記第１〜第４のいずれか１つの特徴の半導体物理量センサにおいて、貼り付き防止部材は、その表面に金属膜が形成されていることを第５の特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体物理量センサは、上記第５の特徴の半導体物理量センサにおいて、金属膜は、その表面に酸化膜が形成されやすい金属で構成されていることを第６の特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る第１の特徴の半導体物理量センサでは、固定部を構成するガラス基板で貼り付き防止部材を形成することで、可動部と固定部との貼り付きを抑制することができる。また、凹部内に貼り付き防止部材を形成することで、可動部ならびに貼り付き防止部材の接触による損傷を抑制することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る第２の特徴の半導体物理量センサでは、貼り付き防止部材の配置により可動部と貼り付き防止部材との接触面積を様々に変更することが可能となり、接触時の応力を制御することができる。
【００１４】
本発明に係る第３の特徴の半導体物理量センサでは、貼り付き防止部材の配置により可動部と貼り付き防止部材との接触面積を様々に変更することが可能となり、接触時の応力を制御することができる。
【００１５】
本発明に係る第４の特徴の半導体物理量センサでは、貼り付き防止部材の配置により可動部と貼り付き防止部材との接触面積を様々に変更することが可能となり、接触時の応力を制御することができる。
【００１６】
本発明に係る第５の特徴の半導体物理量センサでは、貼り付き防止部材の表面に金属膜を形成することで、可動部と固定部との貼り付きをより一層抑制することができる。
【００１７】
本発明に係る第６の特徴の半導体物理量センサでは、貼り付き防止部材の表面に金属酸化膜が形成されやすい金属膜を形成することで、可動部と固定部との貼り付きをより一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体物理量センサの構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す半導体物理量センサの断面構成を示す断面図である。
【図３】図１に示す半導体物理量センサの絶縁層２１を模式的に示す平面図ならびに断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る半導体物理量センサの絶縁層２１を模式的に示す平面図ならびに断面図である。
【図５】本発明の実施例３に係る半導体物理量センサの絶縁層２１を模式的に示す平面図ならびに断面図である。
【図６】本発明の実施例４に係る半導体物理量センサの絶縁層２１を模式的に示す平面図ならびに断面図である。
【図７】本発明の実施例５に係る半導体物理量センサの絶縁層２１を模式的に示す平面図ならびに断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１、図２を用いて、本発明の実施の形態として示す半導体物理量センサの一例として、静電容量の変化により加速度を検出する静電容量式センサ１の構成について説明する。実施の形態として示す静電容量式センサ１は、互いに垂直な２軸方向の加速度を検出することができる。なお、本発明の半導体物理量センサは、上記静電容量式センサに限定されることなく、抵抗の変化により圧力を検出する圧力センサ等であっても同様に適用することは可能である。
【００２１】
図１は、静電容量式センサ１の半導体層２を示した平面図である。図１に示すように、半導体層２は、半導体基板に公知の半導体プロセスにより間隙１０を形成することで、フレーム部３、ビーム部４、可動電極５、固定電極６、ストッパ部７が形成されている。
【００２２】
図２は、図１のＩ−Ｉ線で半導体層２を切断するように静電容量式センサ１を切断した様子を示した断面図である。図２に示すように、静電容量式センサ１は、この半導体層２の表裏両面に固定部となるガラス基板（絶縁基板）で構成された絶縁層２０，２１を、例えば陽極接合などをして接合することで形成される。半導体層２と絶縁層２１とが対向する対向面には、凹部２２が形成されている。この凹部２２内には、後述する貼り付き防止部材２４が形成されている。絶縁層２１に凹部２２を設けることで可動部となる可動電極５と絶縁層２１との間に適切な間隔が設けられ、半導体層２各部の絶縁性や可動電極５の動作性の確保が図られている。
【００２３】
フレーム部３は、間隙１０を介してビーム部４外側に枠状に形成されている。フレーム部３には、内側の隅から、それぞれ当該フレーム部３の各辺と平行に、かつ中途で直角に折れ曲がりながら中心に向けて渦巻き状に伸びるビーム部４が設けられている。図１に示すようにビーム部４は、間隙１０を介して略枠状となるフレーム部３の二辺分に亘って、それぞれ相互干渉することなく延設されるとともに、内側端部では可動電極５の隅部に接続されており、フレーム部３に対して可動電極５を弾性的に可動支持するバネ要素（渦巻きバネ）として機能する。
【００２４】
これにより、静電容量式センサ１では、可動電極５に対し、バネ要素としてのビーム部４、ビーム部４に接続されたフレーム部３により支持される質量要素（マス）としての機能を与え、これらバネ要素と質量要素とによってバネ−マス系を構成している。
【００２５】
このような静電容量式センサ１は、質量要素としての可動電極５の位置変位による可動電極５、固定電極６間の静電容量の変化を検出する。そして、静電容量式センサ１は、検出された静電容量の変化をＣ−Ｖ変換することで得られる電圧波形から当該静電容量式センサ１に加えられた加速度を検出することができる。
【００２６】
図１に示す固定電極６の隅部６ｂの位置Ａ乃至位置Ｄ上には、図２に示すような絶縁層２０をサンドブラスト加工等によって貫通させた貫通孔１１を介し、隅部６ｂの表面６ｃ、貫通孔１１の内周面１１ａ、絶縁層２０の表面２０ａに固定電極６の電位を取り出すための電極部２３が金属薄膜にて形成されている。
【００２７】
図３は可動電極５が対向する絶縁層２１のガラス基板の模式的は構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２８】
図３において、絶縁層２１を構成するガラス基板に設けられた凹部２２内には、絶縁層２１を構成するガラス基板と同じガラス基板により凸状の（突起した）貼り付き防止部材２４が複数形成されている。この凸状の貼り付き防止部材２４は、可動電極５が絶縁層２１側に可動して貼り付き防止部材２４に接触、もしくは押圧された際に、その上面で可動電極５を支持する。
【００２９】
このような構成は、先ずサンドブラスト加工等によりガラス基板を選択的に研磨切削することで先に説明した凹部２２よりも浅い凹部を形成し、その後凹部に塗布したレジスト材をフォトリソグラフィ技術によりパターニングし、パターニングしたレジスト材をマスクにして、凹部内のガラス基板をウェットエッチングにより選択的に除去し、複数の凸状の貼り付き防止部材２４を島状に形成し、かつ先に説明した凹部２２を形成することで製造することができる。
【００３０】
このような貼り付き防止部材２４を固定部のガラス基板に複数設けることで、半導体層２と絶縁層２１のガラス基板を陽極接合する際に、半導体層２とガラス基板間に高電圧が印加されたときに可動電極５が帯電して静電気力により可動電極５がガラス基板に貼り付くことを抑制することが可能となる。
【００３１】
また、ガラスにより貼り付き防止部材２４を形成することで、可動電極５側に可動電極５を構成する半導体で貼り付き防止部材を形成した場合に比べて、貼り付き防止部材の強度が増し、貼り付き防止部材の損傷を低減することが可能となる。
【００３２】
さらに、ウェットエッチングにより貼り付き防止部材２４とともに凹部２２を形成することで、凹部２２の底面が滑らかとなり、ガラス基板を介してセンサ内部を観察することが可能となり、製造過程で発生するおそれがある異物等をスクリーニングする精度を高めることが可能となる。
【００３３】
また、凹部２２内に貼り付き防止部材２４を形成することで、凹部２２を形成することなくガラス基板の表面に直接凸状の貼り付き防止部材２４を形成する場合に比べて、半導体層２と絶縁層２１との間隔を拡げることなく可動電極５と貼り付き防止部材２４の上面との適切な距離を確保することが可能となる。これにより、半導体層２各部の絶縁性や可動電極５の動作性の確保が図られる。
【実施例２】
【００３４】
図４は本発明の実施例２に係る半導体物理量センサにおける、可動電極５が対向する絶縁層２１を構成するガラス基板の模式的は構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００３５】
図４において、この実施例２の特徴とするところは、先の図３に示す実施例１の構成に対して、凸状の貼り付き防止部材２４の上面に、例えばアルミ等の金属膜２５を蒸着形成したことにあり、他は先の実施例１と同様である。
【００３６】
金属膜２５は、先の実施例１の形成工程において、凹部２２よりも浅い凹部を形成した後、ガラス基板の表面に金属膜２５を構成する例えばアルミ等の金属を蒸着した後、実施例１と同様にガラス基板を選択的に除去することで、凸状の貼り付き防止部材２４の上面に選択的に形成することができる。
【００３７】
このような構成では、金属膜２５は、導電性であるので絶縁物に比べて陽極接合時に帯電しづらくなり、静電気力による可動電極５とガラス基板との貼り付きをより一層抑制することが可能となる。また、金属膜２５はガラス基板をエッチングする際のマスクとなるので、マスクがレジスト材だけの場合に比べてマスクのエッチング耐性を高めることが可能となる。
【００３８】
一方、金属膜２５をＣｒ（クロム）等の他の金属（例えばアルミ）に比べて酸化されやすい（表面に酸化膜が形成されやすい）金属で構成することで、金属膜２５の表面に絶縁膜として機能する酸化膜が形成されやすくなり、この酸化膜によりさらなる貼り付き防止効果を高めることが可能となる。
【実施例３】
【００３９】
図５は本発明の実施例３に係る半導体物理量センサにおける、可動電極５が対向する絶縁層２１を構成するガラス基板の模式的は構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００４０】
先の図３に示す実施例１の構成では、複数の貼り付き防止部材２４を島状に配置しているのに対して、この実施例３の特徴とするところは、図５に示すように、凸状の貼り付き防止部材２４をスリット状に凹部２２内に複数配置したことにあり、他は先の実施例１と同様である。
【００４１】
このような構成においては、複数の貼り付け防止部材２４をスリット状に配置することで、先の実施例１に比べて可動電極５と貼り付き防止部材２４との接触面積を増やすことが可能となる。これにより、先の実施例１で得られる効果に加えて、可動電極５が貼り付き防止部材２４に接触した際の応力を緩和することが可能となり、接触時の貼り付き防止部材２４の損傷を防止することが可能となる。
【実施例４】
【００４２】
図６は本発明の実施例４に係る半導体物理量センサにおける、可動電極５が対向する絶縁層２１を構成するガラス基板の模式的は構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００４３】
図６において、この実施例４の特徴とするところは、先の実施例２と実施例３とを組み合わせて実施したことにあり、他は先の実施例３と同様である。すなわち、この実施例４では、先の図５に示す実施例３の構成に対して、スリット状に配置された複数の貼り付き防止部材２４の上面に、例えばアルミ等の金属膜２５を蒸着形成している。なお、この金属膜２５は、先の実施例２で触れたように酸化膜が形成されやすいＣｒ等の金属で構成するようにしてもよい。
【００４４】
このような構成においては、先の実施例２で得られる効果と実施例３で得られる効果の双方の効果を得ることが可能となる。
【実施例５】
【００４５】
図７は本発明の実施例５に係る半導体物理量センサにおける、可動電極５が対向する絶縁層２１を構成するガラス基板の模式的は構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００４６】
先の図５に示す実施例３の構成では、複数の貼り付き防止部材２４をスリット状に配置しているのに対して、この実施例５の特徴とするところは、図７に示すように、凸状の貼り付き防止部材２４をクロス状に凹部２２内に配置したことにあり、他は先の実施例３と同様である。
【００４７】
このような構成においては、先の実施例３と同様の効果を得ることができることに加えて、貼り付き防止部材２４の配置形状を変えることで、可動電極５とガラス基板との接触面積を様々に変えることが可能となり、接触時の応力を制御することができる。
【００４８】
なお、この実施例５において、貼り付き防止部材２４の上面に先の実施例４や実施例６で説明したように、金属膜２５を蒸着形成するようにしてもよく、またこの金属膜をＣｒ等の酸化膜が形成されやすい金属で構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…静電容量式センサ
２…半導体層
３…フレーム部
４…ビーム部
５…可動電極
６…固定電極
２０，２１…絶縁層
２２…凹部
２４…貼り付き防止部材
２５…金属膜
【図１】
2010190703.tif 000003
【図２】
2010190703.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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